Читайте также:
|
Определенное давление в окружающей среде» Как Вы понимаете это высказывание?
Задание №6. В настоящее время на каждого жителя нашей планеты приходится в среднем около 1 т мусора в год (ТБО – твердые бытовые отходы), и это не считая миллионов изношенных и разбитых автомобилей. Есть три основных варианта обращения с ТБО.: 1 – захоронение, сжигание, сортировка и переработка. Какой из этих способов является самым экологичным. Приведите доказательства.
Выберите один правильный ответ
Единые природные комплексы, образованные организмами и средой обитания
1) экосистемы
2) биосфера
3) популяции
4)биомасса
Раздел экологии, исследующий индивидуальные связи отдельных организмов (видов, особей) с окружающей средой
1) аутэкология
2) биохимия
3) геоэкология
4) синэкология
5) демэкология
3. Система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете
1) биосфера
2) атмосфера
3) стратосфера
4) апобиосфера
5) аэробиосфера
Наиболее сложная среда обитания
1) наземно-воздушная
3) атмосферная
4) социальная среда
5) экологическая среда
5. Всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга и на среду это:
1) биотические факторы
2) биологические факторы
3) симбиотические факторы
4) эдафические факторы
5) экстремальные факторы
Неустойчивая экосистема с искусственно созданными и обедненными видами, дающим сельскохозяйственную продукцию
1) агороценоз
2) биогеоценоз
3) агробиогеоценоз
4) биоценоз
5) агролесокомплекс
7.Устойчивость биогеоценоза в основном определяется:
1) консументами
2) продуцентами - фотосинтетиками
3) большим видовым разнообразием
4) редуцентами
5) продуцентами-хемосинтетиками
Продуценты экосистемы- организмы, которые из неорганических веществ синтезируют органические вещества, называются
1) гетеротрофы
2) автотрофы
3) симбионты
4) анаэробные бактерии
5) консументы
Глобальные экологические катастрофы в биосфере возникли
1) до появления человека
2) этот период точно не определен
3) после появления человека
4) в период возникновения биосферы
5) после ледникового периода
Сукцессия характеризуется
1) сменой биотопа экосистемы
4) сезонной сменой сообществ
5) сменой фитоценоза
При воздействии экологического фактора низкой интенсивности большая часть особей популяции
1) адаптируется
2) находится в стадии компенсации
3) находится в стадии декомпенсации
4) погибает
5) активно размножается
К эндемическим заболеваниям относятся
1) флюороз
3) аскаридоз
4) фасциолез
5) туберкулез
Экологический фактор, выходящий за пределы выносливости, называется
1) стимулирующим
2) абиотическим
3) лимитирующим
4) антропогенным
5) биотическим
1 | |
Закон оптимума. Экологические факторы среды имеют количественное выражение. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 2). Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.
По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения), верхний и нижний пределы выносливости организма.
Зона оптимума, или оптимум (от лат. optimum - благороднейший, лучший), - такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна.
Зона пессимуму, или пессимум (от лат. pessimum - причинять вред, терпеть ущерб), - такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельность организмов угнетена.
Верхний предел выносливости - максимальное количество экологического фактора, при котором возможно существование организма.
Рис. 2.
Нижний предел выносливости - минимальное количество экологического фактора, при котором возможно существование организма.
За пределами выносливости существование организма невозможно.
Кривая может быть широкой или узкой, симметричной или асимметричной. Форма ее зависит от видовой принадлежности организма, от характера фактора и от того, какая из реакций организма выбрана в качестве ответной и на какой стадии развития.
Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью).
Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности.
Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными (от греч. euris - широкий), с узкой - стенобионтными (от греч. stems - узкий) (рис. 3 и 4).
Организмы, переносящие значительные колебания температуры, называются эвритермными , а приспособленные к узкому интервалу температур - стенотермными. Таким же образом по отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к влажности - эври- и стеногидрические, по отношению к степени за-
Рис. 3. 1 - эврибионтные: 2 - стенобионтные
Рис. 4.
соления среды - эври- и стеногалинные, по отношению к содержанию кислорода в воде - эвры- и стеноксибионтные, по отношению к пише - эври- и стенофагные, по отношению к местообитанию - эври- и стено- ойкные, и т.д.
Таким образом, направление и интенсивность действия экологического фактора зависят от того, в каких количествах он берется и в сочетании с какими другими факторами действует. Не бывает абсолютно полезных или вредных экологических факторов: все дело в количестве. Например, если температура окружающей среды слишком низкая или слишком высокая, то есть выходит за пределы выносливости живых организмов, это для них плохо. Благоприятными являются только оптимальные значения. При этом экологические факторы нельзя рассматривать в отрыве друг от друга. Например, если организм испытывает дефицит воды, то ему труднее переносить высокую температуру.
Явление акклиматизации. Положение оптимума и пределов выносливости на градиенте фактора может в определенных пределах сдвигаться. Например, человек легче переносит пониженную температуру окружающей среды зимой, чем летом, а повышенную - наоборот. Это явление называется акклиматизацией (или акклимацией). Акклиматизация происходит при смене сезонов года или при попадании на территорию с другим климатом.
Неоднозначность действия фактора на разные функции организма.
Одно и то же количество фактора неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться песси- мумом для других. Например, у растений максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается при температуре воздуха +25...+35 °С, а дыхания - +55 °С (рис. 5). Соответственно, при более низких температурах будет происходить прирост биомассы растений, а при более высоких - потеря биомассы. У холоднокровных животных повышение температуры до +40 °С и более сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. У человека семенники вынесены за пределы таза, так как сперматогенез требует более низких температур. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания гамет, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другой температуре.
Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т.п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут
Рис. 5. t MUH , t onm , t MaKC - температурный минимум, оптимум и максимум для прироста растений (заштрихованная область)
также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.
Экологическая валентность вида. Экологические валентности отдельных особей не совпадают. Они зависят от наследственных и онтогенетических особенностей отдельных особей: половых, возрастных, морфологических, физиологических и т.д. Поэтому экологическая валентность вида шире экологической валентности каждой отдельной особи. Например, у бабочки мельничной огневки - одного из вредителей муки и зерновых продуктов - критическая минимальная температура для гусениц составляет -7 °С, для взрослых форм--22 °С,
а для яиц--27 °С. Мороз в -10 °С губит гусениц, но не опасен для
имаго и яиц этого вредителя.
Экологический спектр вида. Набор экологических валентностей вида по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида. Экологические спектры разных видов отличаются друг от друга. Это позволяет разным видам занимать разные места обитания. Знание экологического спектра вида позволяет успешно проводить интродукцию растений и животных.
Взаимодействие факторов. В природе экологические факторы действуют совместно, то есть комплексно. Совокупное действие на организм нескольких факторов среды называется констелляцией. Зона оптимума и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Например, высокую температуру труднее переносить при дефиците воды, сильный ветер усиливает действие холода, жару легче переносить в сухом воздухе, и т.д. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие (рис. 6). Соответственно, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, компенсация недостатка влаги может быть осуществлена поливом или снижением температуры. Создается эффект частичного вза- имозамещения факторов. Однако взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя.
Рис. 6. Смертность яиц соснового шелкопряда Dendrolimuspini при разных сочетаниях температуры и влажности (по Н.М. Черновой, А.М. Быловой, 2004)
Таким образом, абсолютное отсутствие какого-либо из обязательных условий жизни заменить другими экологическими факторами невозможно, но недостаток или избыток одних экологических факторов может быть возмещен действием других экологических факторов. Например, полное (абсолютное) отсутствие воды нельзя компенсировать другими экологическими факторами. Однако если другие экологические факторы находятся в оптимуме, то перенести недостаток воды легче, чем когда и другие факторы находятся в недостатке или избытке.
Закон лимитирующего фактора. Возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующим (ограничивающим) фактором. Такой фактор будет ограничивать существование (распространение) вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными (рис. 7).
Рис.
Лимитирующие факторы определяют географический ареал вида. Например, продвижение вида к полюсам может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы - недостатком влаги или слишком высокими температурами.
Знание человеком лимитирующих факторов для того или иного вида организмов позволяет, изменяя условия среды обитания, либо подавлять, либо стимулировать его развитие.
Условия жизни и условия существования. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называется условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.
Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум — такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости.
Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называют экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью) . Интервал значений экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности . Виды с широкой зоной толерантности называют эврибионтными , с узкой — стенобионтными . Так, организмы, переносящие значительные колебания температуры, называют эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур — стенотермными. Таким же образом по отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к степени засоления среды — эври- и стеногалинные и т.д.
Экологические валентности отдельных индивидуумов не совпадают. Поэтому экологическая валентность вида шире экологической валентности каждой отдельной особи.
Экологические валентности вида к разным экологическим факторам могут существенно отличаться. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида .
Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называют лимитирующим (ограничивающим) фактором . Такой фактор будет ограничивать распространение вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными. Лимитирующие факторы определяют географический ареал вида. Знание человеком лимитирующих факторов для того или иного вида организмов позволяет, изменяя условия среды обитания, либо подавлять, либо стимулировать его развитие.
Можно выделить основные закономерности действия экологических факторов:
- закон относительности действия экологического фактора — направление и интенсивность действия экологического фактора зависят от того, в каких количествах он берется и в сочетании с какими другими факторами действует. Не бывает абсолютно полезных или вредных экологических факторов: все зависит от их количества. Например, если температура окружающей среды слишком низкая или слишком высокая, т.е. выходит за пределы выносливости живых организмов, это для них плохо. Благоприятны только оптимальные значения;
- закон относительной заменяемости и абсолютной незаменимости экологических факторов — абсолютное отсутствие какого-либо из обязательных условий жизни заменить другими экологическими факторами невозможно, но недостаток или избыток одних экологических факторов может быть возмещен действием других экологических факторов. Например, полное (абсолютное) отсутствие воды нельзя компенсировать другими экологическими факторами. Однако, если другие экологические факторы находятся в оптимуме, то перенести недостаток воды легче, чем когда и другие факторы находятся в недостатке или избытке.
2. Общие закономерности воздействия экологических
факторов на организм. Правило оптимума .
Во всем многообразии воздействующих экологических факторов и адаптивных реакций на их влияние со стороны организмов можно выявить ряд общих закономерностей.
Эффект воздействия экологического фактора на организм зависит не только от характера, но и от интенсивности его воздействия, т.е. от количества экологического фактора, воспринимаемого организмом.
У всех организмов в процессе эволюции выработались приспособления к восприятию естественных факторов среды в определенных количествах, необходимых для их нормального функционирования, тогда как уменьшение или увеличение этого количества снижает их жизнедеятельность, а при достижении максимума или минимума вообще исключается возможность существования организмов.
На рис.1 показана схема действия экологического фактора на организм.
По оси абцисс откладывается количество экологического фактора (например, температура, освещенность, влажность, соленость и др.), а по оси ординат - интенсивность реакции организма на экологический фактор, т.е. интенсивность жизнедеятельности организма (например, интенсивность того или иного физиологического процесса - фотосинтеза, дыхания, роста и т.д.; морфологическая характеристика - размеры организма или его органов; или численность особей на единицу площади и т.д.).
Как видно из рис.1, кривая 1, по мере увеличения количества экологического фактора интенсивность жизнедеятельности организма повышается до определенного уровня, а затем снова снижается.
Количество экологического фактора определяется в основном тремя значениями, представленными на схеме тремя кардинальными точками:
(1) - точка минимума; (2) - точка оптимума; (3) - точка максимума.
Точке мимимума (1) - соответствует такое количество экологического фактора, которого еще недостаточно для существования организма в данных условиях.
Точке оптимума (2) - соответствует такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организма достигает максимально возможных значений.
Точке максимума (3) - соответствует максимальное количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организма равна нулю.
Схема действия экологического фактора на жизнедеятельность организмов:
1, 2. 3 - точки минимума, оптимума и максимума соответственно;
I, II, III -зоны пессимума, нормы и оптимума соответственно.
II, III – зона нормальной жизнедеятельности
Рис.1. Схема действия экологического фактора на организм.
Зоной оптимума называется зона, непосредственно прилегающая к точке оптимума (2).
В зоне оптимума количество экологического фактора полностью соответствует потребностям организма и обеспечивает наиболее благоприятные условия для его жизнедеятельности, т.е. является оптимальным.
В зоне оптимума организм максимально адаптирован к действию экологического фактора, поэтому в этой зоне адаптивные механизмы отключены, и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы.
Зонами нормы называются зоны, непосредственно прилегающие к зоне оптимума. Таких зон две, соответственно отклонению значений экологического фактора от оптимума в сторону недостатка или его избытка.
Зонам нормы соответствует такое количество экологического фактора, при котором все жизненно важные процессы протекают нормально, однако для поддержания их на этом уровне необходимы дополнительные энергетические затраты.
Это объясняется тем, что при выходе значений фактора за пределы оптимума включаются адаптивные механизмы, функционирование которых сопряжено с определенными затратами энергии, и чем дальше значение фактора отклоняется от оптимума, тем больше энергии расходуется на адаптацию (кривая 2).
Зону оптимума и зоны нормы часто называют зоной нормальной жизнедеятельности организма.
Зоны, непосредственно прилегающие к зоне нормальной жизнедеятельности, называются зонами пессимума или зонами угнетения.
Зонам пессимума соответствуют такое количество экологического фактора, при котором снижается эффективность действия адаптивных механизмов и, как следствие, нарушается жизнедеятельность организма.
В экологии условия среды, в которых какой-либо фактор (или совокупность факторов) выходит за пределы зоны нормальной жизнедеятельности и оказывает угнетающее действие, часто называют экстремальными.
Нижним и верхним пределами выносливости называются минимальные и максимальные значения экологического фактора, при которых еще возможна жизнедеятельность организмов.
Зоной выносливости называется диапазон значений экологического фактора, за границами которого жизнедеятельность организмов становится невозможной.
За пределами выносливости находятся летальные зоны, которым соответствуют такое количество экологического фактора, при котором действие всех адаптивных механизмов оказывается неэффективным и жизнь становится невозможной.
Например, для человека оптимальной является температура 36,6 0 С; границы зоны нормальной жизнедеятельности - 36,4- 37,0 0 С; зоны пессимума определяются значениями 36,4 - 34,5 0 С и 37,0 - 42,0 0 С; за пределами указанных величин в летальных зонах (34,5 0 С и 42,0 0 С) наступает смерть человека.
График зависимости жизнедеятельности особей данного вида от интенсивности экологического фактора можно получить экспериментально или в результате наблюдений в природе.
1) Для иллюстрации можно привести данные опытов с животными, помещенными в термоградиентор. Прибор представляет собой трубку, один конец которой помещают в лед, а другой опускают в водяную баню, в результате чего внутри трубки возникает градиент температур.
В трубку помещаются насекомые или другие мелкие животные, после чего изучается закономерность их распределения по трубке. Оказывается, что большинство насекомых концентрируется на каком-то одном участке.
При графическом изображении данная закономерность будет иметь вид параболы, где область наибольшей концентрации насекомых соответствует зоне оптимума.
2) Помещают животных в условия разных температур и рассчитывают процент их выживаемости за определенный промежуток времени. По результатам опыта вычеркивается кривая, на ней выделяют центральную зону, которая соответствует зоне температурного оптимума.
3) Для каждого из нас хорошим примером может служить достаточно обычный жизненный факт, а именно комнатные растения и уход за ними. Все знают, что они развиваются лучшим образом, если количество поливов их водой носит определенный характер: как перерыв в поливах, так и излишнее количество воды приводит к угнетению комнатных растений, а иногда и к гибели.
Аналогичные данные получены по освещенности и температуре для комнатных растений и для животных, растений и микроорганизмов в «дикой природе».
Следует отметить, что к некоторым факторам, например, ионизирующей радиации, понятие оптимума неприменимо, так как при любом значении выше естественного фона радиация неблагоприятна для организма.
Общие закономерности воздействия экологических факторов на организм.
1) при определенных значениях экологического фактора создаются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности организмов; эти условия называются оптимальными, а соответствующая им область на шкале значений фактора – зоной оптимума;.
2) чем больше отклоняются значения фактора от оптимальных, тем сильнее угнетается жизнедеятельность организмов; в связи с этим выделяется зона их нормальной жизнедеятельности;
3) диапазон значений экологического фактора, за границами которого жизнедеятельность организмов становится невозможной, называется зоной выносливости; различают нижний и верхний пределы выносливости.
Рассмотренные выше закономерности воздействия экологических факторов на живые организмы и характер ответных реакций последних известны как «правило оптимума».
Экологической валентностью (или экологической толерантностью) называют способность организмов адаптироваться к тому или иному диапазону колебаний факторов среды.
Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный организм может существовать, тем больше его экологическая валентность (или экологическая толерантность), тем шире зона его выносливости.
Для выражения относительной степени экологической валентности (толерантности) используются термины с приставками «эври» и «стено».
Организмы, переносящие большие отклонения фактора от оптимальных величин, обозначаются термином, содержащим название фактора с приставкой эври- (от греч. “широкий”).
Организмы, способные существовать при небольших отклонениях фактора от оптимальной величины, обозначаются термином, содержащим название фактора с приставкой стено- (от греч.”узкий”).
Схематически это можно изобразить следующим образом (рис.2):
Рис.2. Формы организмов по отношению к диапазону колебаний
экологического фактора.
Так, например, эвритермные и стенотермные формы - это организмы, соответственно устойчивые и неустойчивые к колебаниям температуры.
Примеры эвритермных животных и растений:
- песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 85 0 С (от +30 0 С до -55 0 С);
- карп в пресных водоемах переносит колебания температур от 0 0 до 35 0 С;
- растения умеренных климатических зон переносят в активном состоянии диапазон изменений температуры порядка 60 0 С, а в состоянии оцепенения даже до 90 0 С. Так, лиственница в Якутии выдерживает морозы до -70 0 С.
Примеры стенотермных животных и растений:
- тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6 0 С (от +23 0 С до 29 0 С);
- некоторые виды антарктических рыб адаптированы к низким температурам (от -2 0 С до +2 0 С); с повышением температуры они перестают двигаться, впадая в тепловое оцепенение;
- растения тропических лесов выдерживают узкие интервалы температур, для них температура порядка +5 0 С - +8 0 С уже может быть губительной.
Эври- и стеногигридные формы организмов отличаются реакцией на колебания влажности.
Эври- и стеногалинные формы организмов отличаются реакцией на колебания солености воды.
Эври- и стеноксибионтные формы организмов отличаются реакцией на содержание кислорода в воде.
Если имеют в виду устойчивость организмов к изменениям комплекса факторов, то говорят об эврибионтных и стенобионтных формах организмов.
- человек по отношению к абиотическим факторам среды – эврибионт (технологии), однако как биологический вид по отношению к температуре он является стенотермным организмом.
Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию.
Виды, длительное время существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую валентность и становятся эврибионтными , т.е. видами с широким диапазоном толерантности, в то время как виды, развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую валентность и вырабатывают черты стенобионтности. В целом, эврибионтность способствует широкому распространению организмов в природе, а стенобионтность ограничивает ареал их распространения.
Организмы могут отличаться и положением оптимума на шкале количественных изменений фактора (рис.3).
Рис.3. Формы организмов, отличающиеся положением оптимума.
Организмы, приспособленные к высоким дозам данного экологического фактора, обозначаются термином с окончанием -фил (от греч.”люблю”), например:
- термофилы - теплолюбивые организмы;
- оксифилы - требовательные к высокому содержанию кислорода;
- гигрофилы - обитатели мест с высокой влажностью.
Организмы, обитающие в противоположных условиях, обозначаются термином с окончанием -фоб (от греч. “страх”), например:
- галофобы - обитатели пресных водоемов, не переносящие соленой воды;
- хионофобы - организмы, избегающие глубокого снега.
Информация об оптимальных значениях отдельных экологических факторов и о диапазоне переносимых их колебаний достаточно полно характеризует отношение организма к каждому исследованному фактору.
Однако, следует иметь в виду, что рассмотренные категории дают лишь общее представление о реакции организма на воздействие отдельных факторов. Это важно при общей экологической характеристике вида и полезно при решении ряда прикладных задач экологии (например, проблема акклиматизации вида в новых условиях), но не определяет полного объема взаимодействия вида с условиями среды в сложной природной обстановке.
1. Общие положения. Среда – это все, что окружает организм, т.е. это та часть природы, с которой организм находится в прямых или косвенных взаимодействиях.
Под средой мы понимаем комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов. Комплекс условий складывается из разнообразных элементов – факторов среды . Не все из них с одинаковой силой влияют на организмы. Так, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но он не действует на более мелких, которые укрываются под снегом или в норах, либо живут в земле. Те факторы, которые оказывают какое-либо действие на организмы и вызывают у них приспособительные реакции, называются экологическими факторами .
Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов и, прежде всего, на их обмене вещества. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций . Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выжить и размножаться.
2. Классификация экологических факторов . Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. По своему характеру они подразделены на две крупные группы: абиотические и биотические. Если мы будем подразделять факторы по причинам их возникновения, то они могут быть подразделены на природные (естественные) и антропогенные. Антропогенные факторы могут также быть абиотическими и биотическими.
Абиотические факторы (или физико-химические факторы) – температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения. Это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.
Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир – составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов – основа существования популяций и биоценозов.
Антропогенные факторы – это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.
Действие экологических факторов может приводить:
– к устранению видов с биотопов (смена биотопа, территории, сдвиг ареала популяции; пример: миграции птиц);
– к изменению плодовитости (плотности популяций, репродукционные пики) и смертности (смерть при быстрых и резких изменениях условий окружающей среды);
– к фенотипической изменчивости и адаптации: модификационная изменчивость – адаптивные модификации, зимняя и летняя спячка, фотопериодические реакции и т.п.
3. Лимитирующие факторы . Законы Шелфорда и Либиха
Реакция организма на воздействие фактора обусловлена дозировкой этого фактора. Очень часто фактор среды, особенно абиотический, переносится организмом лишь в определенных пределах. Наиболее эффективно действие фактора при некоторой оптимальной для данного организма величине. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точками минимума и максимума) данного фактора, при котором возможно существование организма. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью или толерантностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Распределение плотности популяции подчиняется нормальному распределению. Плотность популяции тем выше, чем ближе значение фактора к среднему значению, которое называется экологическим оптимумом вида по данному параметру. Такой закон распределения плотности популяции, а следовательно, и жизненной активности получил название общего закона биологической стойкости.
Диапазон благоприятного воздействия фактора на организмы данного вида называется зоной оптимума (или зоной комфорта). Точки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможность реакции организма на данный фактор. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Этот диапазон величины фактора называется зоной пессимума (или зоной угнетения). Рассмотренные закономерности воздействия фактора на организм известно, как правило оптимума .
Установлены и другие закономерности, характеризующие взаимодействия организма и среды. Одна из них была установлена немецким химиком Ю. Либихом в 1840 году и получила название закона минимума Либиха , согласно которому рост растений ограничивается нехваткой единственного биогенного элемента, концентрация которого лежит в минимуме. Если другие элементы будут содержаться в достаточном количестве, а концентрация этого единственного элемента опустится ниже нормы, растение погибнет. Такие элементы получили название лимитирующих факторов. Итак, существование и выносливость организма определяются самым слабым звеном в комплексе его экологических потребностей. Или относительное действие фактора на организм тем больше, чем больше этот фактор приближается к минимуму по сравнению с прочими. Величина урожая определяется наличием в почве того из элементов питания, потребность в котором удовлетворена меньше всего, т.е. данный элемент находится в минимальном количестве. По мере повышения его содержания урожай будет возрастать, пока в минимуме не окажется другой элемент.
Позднее закон минимума стал трактоваться более широко, и в настоящее время говорят о лимитирующих экологических факторах. Экологический фактор играет роль лимитирующего в том случае, когда он отсутствует или находится ниже критического уровня, или превосходит максимально выносимый предел. Иными словами, этот фактор обусловливает возможности организма в попытке вторгнуться в ту или иную среду. Одни и те же факторы могут быть или лимитирующими или нет. Пример со светом: для большинства растений это необходимый фактор как поставщик энергии для фотосинтеза, тогда как для грибов или глубоководных и почвенных животных этот фактор не обязателен. Фосфаты в морской воде – лимитирующий фактор развития планктона. Кислород в почве не лимитирующий фактор, а в воде – лимитирующий.
Следствие из закона Либиха: недостаток или чрезмерное обилие какого-либо лимитирующего фактора, может компенсироваться другим фактором, изменяющим отношение организма к лимитирующему фактору.
Однако ограничивающее значение имеют не только те факторы, которые находятся в минимуме. Впервые представление о лимитирующем влиянии максимального значения фактора наравне с минимумом было высказано в 1913 году американским зоологом В. Шелфордом. Согласно сформулированному закону толерантности Шелфорда существование вида определяется как недостатком, так и избытком любого из факторов, имеющих уровень, близкий к пределу переносимости данным организмом. В связи с этим все факторы, уровень которых приближается к пределу выносливости организма, называются лимитирующими .
4. Периодичность действия экологических факторов . Действие фактора может быть: 1) регулярно-периодическим, меняющим силу воздействия в связи со временем суток, сезона года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярным, без четкой периодичности, например катастрофические явления – бури, ливни, смерчи и т.д.; 3) направленным на протяжении известных отрезков времени, например, глобальные похолодания, или зарастание водоемов.
Организмы всегда приспосабливаются ко всему комплексу условий, а не к одному какому-либо фактору. Но в комплексном действии среды значение отдельных факторов неравноценно. Факторы могут быть ведущими (главными) и второстепенными. Ведущие факторы различаются для разных организмов, даже если они и живут в одном месте. Они различаются и для одного организма в разные периоды его жизни. Так, для ранневесенних растений ведущим фактором является свет, а после цветения – влага и достаток питательных веществ.
Первичные периодические факторы (дневная, лунная, сезонная, годовая) – происходит адаптация организмов, укоренившаяся в наследственной основе (генофонде), поскольку эта периодичность существовала до появления жизни на Земле. Климатическая зональность, температура, приливы и отливы, освещенность. Именно с первичными периодическими факторами связаны климатические зоны, которые определяют распространение видов на Земле.
Вторичные периодические факторы. Факторы, являющиеся следствием изменений первичных факторов (температура – влажность, температура – соленость, температура – время суток).
5 . Абиотические факторы. Универсальные группы: климатические, эдафические, факторы водной среды. В природе существует общее взаимодействие факторов. Принцип обратной связи: выброс токсических веществ уничтожил лес – изменение микроклимата – изменение экосистемы.
1) Климатические факторы . Зависят от главных факторов: широты и положения континентов. Климатическая зональность привела к формированию биогеографических зон и поясов (зона тундр, зона степей, зона тайги, зона широколиственных лесов, зона пустынь и саванн, зона субтропических лесов, зона тропических лесов). В океане выделяются арктическо-антарктическая, бореальная, субтропическая и тропическо-экваториальная зоны. Есть множество вторичных факторов. Например, зоны муссонного климата, формирующие уникальный животный и растительный мир. Широта наиболее сильно сказывается на температуре. Положение континентов – причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим (составная часть климатического фактора) играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.
Важнейшие климатические факторы: температура, влажность, свет.
Температура. Все живое – в температурном диапазоне – от 0 0 до 50 0 С. Это летальные температуры. Исключения. Космический холод. Эвритермные 1 и стенотермные организмы. Холодолюбивые стенотермные и теплолюбивые стенотермные. Абиссальная среда (0˚) – самая постоянная среда. Биогеографическая зональность (арктические, бореальные, субтропические и тропические). Пойкилотермные организмы – холодноводные с непостоянной температурой. Температура тела приближается к температуре среды. Гомойотермные – теплокровные организмы с относительно постоянной внутренней температурой. Эти организмы обладают большими преимуществами в использовании среды.
Влажность. Вода в почве и вода в воздухе – факторы, имеющие огромное значение в жизни органического мира.
Гидробионты (водные) – обитают только в воде. Гидрофилы (гидрофиты) – очень влажные среды (лягушки, дождевые черви). Ксерофилы (ксерофиты) – обитатели засушливого климата.
Свет. Определяет существование автотрофных организмов (синтез хлорофилла), составляющих важнейший уровень в трофических цепях. Но есть растения и без хлорофилла (грибы, бактерии – сапрофиты, некоторые орхидеи).
2) Эдафические факторы . Все физические и химические свойства почв. Главным образом воздействуют на обитателей почв.
3) Факторы водной среды . Температура, давление, химический состав (кислород, соленость). По степени концентрации солей в водной среде организмы бывают: пресноводные, солоноводные, морские эвригалинные и стеногалинные (т.е. живущие в условиях широкого и узкого диапазона солености соответственно). По температурному фактору организмы подразделяются на холодноводных и тепловодных, а также группу космополитов. По образу жизни в водной среде (глубина, давление) организмы подразделены на планктонные, бентосные, глубоководные и мелководные.
6. Биотические факторы . Это факторы, контролирующие взаимоотношения организмов в популяциях или сообществах. Выделяют два основных типа таких отношений:
– внутривидовые – популяционные и межпопуляционные (демографические, этологические);
7. Антропогенные факторы . Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу. Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание рудеральных мест обитания (мусорные свалки, пустыри) и отвалов, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т.п. Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось. В настоящее время судьба живого покрова нашей планеты и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.
2.Шумовое загрязнение среды. Защита от шумового воздействия.
Шумовое (акустическое) загрязнение (англ. Noise pollution , нем. Lärm ) - раздражающий шум антропогенного происхождения, нарушающий жизнедеятельность живых организмов и человека. Раздражающие шумы существуют и в природе (абиотические и биотические), однако считать загрязнением их неверно, поскольку живые организмы адаптировались к ним в процессе эволюции .
Главным источником шумового загрязнения являются транспортные средства - автомобили, железнодорожные поезда и самолёты.
В городах уровень шумового загрязнения в жилых районах может быть сильно увеличен за счёт неправильного городского планирования (например, расположение аэропорта в черте города).
Помимо транспорта (60÷80 % шумового загрязнения) другими важными источниками шумового загрязнения в городах являются промышленные предприятия, строительные и ремонтные работы, автомобильная сигнализация, собачий лай, шумные люди и т. д.
С наступлением постиндустриальной эпохи всё больше и больше источников шумового загрязнения (а также электромагнитного ) появляется и внутри жилища человека. Источником этого шума является бытовая и офисная техника.
Более половины населения Западной Европы проживает в районах, где уровень шума составляет 55÷70 дБ.
Защита от шумового воздействия
Как и все
другие виды антропогенных воздействий,
проблема загрязнения среды шумом
имеет международный характер. Всемирная
организация здравоохранения, учитывая
глобальный характер шумового загрязнения
окружающей среды, разработала
долгосрочную программу по снижению
шума в городах и населенных пунктах
мира.
В России защита от шумового
воздействия регламентируется Законом
Российской Федерации «Об охране
окружающей среды» (2002) (ст. 55), а также
постановлениями правительства о мерах
по снижению шума на промышленных
предприятиях, в городах и других
населенных пунктах.
Защита от шумового
воздействия - очень сложная проблема
и для ее решения необходим комплекс
мер: законодательных, технико-технологических,
градостроительных, архитектурно -
планировочных, организационных и др.
Для защиты населения от вредного
влияния шума нормативно - законодательными
актами регламентируется его
интенсивноеть, время действия и другие
параметры. Госстандартом установлены
единые санитарно-гигиенические нормы
и правила по ограничению шума на
предприятиях, в городах и других
населенных пунктах. В основу норм
положены такие уровни шумового
воздействия, действие которых в течение
длительного времени не вызывает
неблагоприятных изменений в организме
человека, а именно: 40 дБ днем и 30 -
ночью. Допустимые уровни транспортного
шума установлены в пределах 84- 92 дБ
и со временем будут
снижаться.
Технико-технологические
меры сводятся к шумозащите, под которой
понимают комплексные технические
меры по снижению шума на производстве
(установка звукоизолирующих кожухов
станков, звукопоглощение и др.), на
транспорте (глушители выбросов, замена
колодочных тормозов на дисковые,
шу-мопоглощающий асфальт и др.).
На
градостроительном уровне защита от
шумового воздействия может быть
достигнута следующими мероприятиями
(Швецов, 1994):
- зонированием с выносом
источников шумов за пределы застройки;
-
организацией транспортной сети,
исключающей прохождение шумных
магистралей через районы жилой
застройки;
- удалением источников
шума и устройством защитных зон вокруг
и вдоль источников шумового воздействия
и организация зеленых насаждений;
-
прокладкой магистралей в туннелях,
устройством шу-мозащитных насыпей и
других поглощающих шум препятствий
на путях распространения шума (экраны,
выемки, ковал ьеры);
Архитектурно-планировочные
меры предусматривают создание
шумозащитных зданий, т. е. таких зданий,
которые обеспечивают помещениям
нормальный акустический режим с
помощью конструктивных, инженерных
и других мер (герметизация окон, двойные
двери с тамбуром, облицовка стен
звукопоглощающими материалами и
др.).
Определенный вклад в защиту
среды от шумового воздей-твия вносит
запрещение звуковых сигналов
автотранспорта, виаполетов над городом,
ограничение (или запрещение) взле-ов
и посадок самолетов в ночное время и
другие организаци-
ннные меры.
Однако указанные меры вряд ли дадут должный экологический эффект, если не будет понято главное: защита от шу-Ыового воздействия - проблема не только техническая, но и Асоциальная. Необходимо воспитывать звуковую культуру (Бон-Едаренко, 1985) и осознанно не допускать действий, которые способствовали бы возрастанию шумового загрязнения среды.
Закон лимитирующих факторов
В совокупном давлении среды выделяются факторы, которые сильнее всего ограничивают успешность жизни организмов. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. В простейшем виде основной закон минимума, сформулированный Ю.Либихом в 1840 г., касается успешности роста и урожайности сельскохозяйственных культур, зависящих от вещества, находящегося в минимуме по сравнению с другими необходимыми агрохимическими веществами. Позднее (в 1909г.) закон минимума был истолкован Ф. Блекманом боле широко, как действие любого экологического фактора, находящегося в минимуме: факторы среды, имеющие в конкретных условиях наихудшее значение, особенно ограничивают возможность существования вида в данных условиях вопреки и, не смотря на оптимальное сочетание других отельных условий.
Кроме минимума в законе В. Шелфорда учитывается и максимум экологического фактора: лимитирующим фактором может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.
Ценность концепции лимитирующих факторов заключается в том, что дается отправная точка при исследовании сложных ситуации. Возможно выделение вероятных слабых звеньев среды, которые могут оказаться критическими или лимитирующими. Выявление ограничивающих факторов - ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. Например, в агроэкосистемах на сильно кислых почвах урожайность пшеницы можно увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающее влияние кислотности. Для успешного применения закона лимитирующих факторов на практике необходимо соблюдать два принципа. Первый - ограничительный, то есть закон строго применим лишь в условиях стационарного состояния, когда приток и отток энергии и веществ сбалансированы. Второй - учитывает взаимодействие факторов и приспособляемость организмов. Например, некоторым растениям нужно меньше цинка, если они растут не на ярком солнечном свету, а в тени.
Экологическое значение отдельных факторов для различных групп и видов организмов крайне разнообразно и требует грамотного учета.
2. Шумовое загрязнение. Основные параметры
Мир звуков - неотъемлемая составляющая среда обитания человека, многих животным и не безразличен для некоторых растений. Шелест листвы, плеск волн, шум дождя, пение птиц- все это привычно для человека. Между тем разнообразные и многомасштабные процессы техногенеза существенным образом изменили и меняют естественное акустическое поле биосферы, что проявляется в шумовом загрязнении природной среды, ставшим серьезным фактором негативного воздействия. Согласно сложившимся представлениям шумовое загрязнение - одна из форм физического (волнового) загрязнения окружающей среды, адаптация организмов к которому не возможна. Обусловлено оно превышением естественного уровня шума и не нормальным изменением звуковых характеристик (периодичности, силы звука). В зависимости от силы и длительности действия шума способен причинить ощутимый вред здоровью. Многолетнее воздействие шума ведет к повреждению органов слуха. Измеряют шум в белах (Б).
Шум как фактор загрязнения селитебной зоны воспринимается людьми довольно-таки индивидуально. Дифференциация восприятия шумовых воздействий меняются по возрастам, а также в зависимости от темперамента и общего состояния здоровья. Орган слуха человека может приспосабливаться к некоторым постоянным или повторяющимся шумам, но во всех случаях это не защищает от возникновения и развития какой либо патологии. Шумовые раздражения - одна из причин нарушения сна. Последствия этого хроническая усталость, нервное истощение, сокращение продолжительности жизни, которое, по данным исследований ученых может составлять 8-12 лет. Шкала силы звука представлена на рисунке 2.1. Шумовой стресс характерен для всех высших организмов. Шум, превышающий 80-90дб, влияет на выделение гормонов гипофиза, контролирующих выработку других гормонов. Например, может возрасти выделение кортизона из коры надпочечников. Кортизон ослабляет борьбу печени с вредными для организма веществами. Под влиянием такого шума происходит перестройка энергетического обмена в мышечной ткани. Чрезмерный шум может послужить причиной язвенной болезни.
По данным Всемирной организации здравоохранения, реакция на шум со стороны нервной системы начинается при 40дб, а при 70бд и более возможны существенные ее нарушения. Отмечаются также функциональные нарушения в организме, проявляющееся в изменении активности мозга и ЦНС, повышение давления. Доступным считают такую силу шума, которая не нарушает звуковой комфорт, не вызывает неприятных ощущений и при длительном воздействии не наблюдается изменений в комплексе физиологических показателей. Нормирование шумов приводят в соответствие с Санитарными нормами допустимого шума.
В целом проблема уменьшения шумового загрязнения является достаточно сложной, и решение ее должно основываться на комплексном подходе. Одно из целесообразных, экологически обоснованных направлений борьбы с шумом - максимальное озеленение территории. Растения обладают исключительной способностью задерживать и поглощать значительную часть звуковой энергии. Густая живая изгородь способна в 10 раз уменьшить шум, производимый машинами. Доказано, что наивысшей звукоизолирующей способностью обладают зеленые перегородки из клена (до 15,5 дБ), тополя (до 11дБ), липы (до 9дБ) и ели (до 5дБ). При регламентации физических воздействий существенное значение имеют экологическая грамотность и культура населения. Зачастую человек сам усугубляет обстановку, направляя на себя или принимая внешние воздействия, связанные с бытом или развлекательными мероприятиями.
